燃煤电厂万吨级碳捕集工程设计与运行优化研究分析-第2页-北极星大气网

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3 示范工程运行优化研究

碳捕集示范装置于2019年5月成功投运,2020年6—12月,进行了多次运行优化试验,并对主要运行参数进行了分析,结果如下。

3.1 深度净化塔运行优化

深度净化塔承担着降烟温和捕集烟气中强酸性气体的作用。其主要运行参数是循环液量、循环液温及循环液pH值。运行中发现在秋冬低温时节吸收塔水平衡出现问题,吸收系统液量降低明显,贫富液质量浓度逐渐增加。经分析,低温状态下原料烟气经过长距离管道输送后烟温大幅度降低,而在吸收塔中烟气与吸收剂接触反应过程中烟温升高,其饱和水含量增加,自吸收剂中吸收水分。因此在低温季节,应适当降低深度净化塔循环液量,减少或关闭冷却水,以保证吸收塔入口烟温在一定水平。

3.2 吸收塔运行优化

吸收系统主要运行参数是吸收剂循环流量、吸收塔入口贫液温度、吸收塔入口烟温、尾气洗涤液循环量及洗涤液温度等。根据吸收系统的反应条件,将各参数均设定了合理的推荐范围,并通过分散控制系统（DCS）调节。吸收剂循环流量对碳捕集效率、碳捕集量和再生蒸汽耗量的影响分别如图4—6所示。由图可见,各数据点呈离散状,相互偏差较大。分析原因主要是由锅炉负荷变化造成,本项目烟气中CO2的体积分数随锅炉负荷变化在10%~15%间波动,锅炉负荷根据电网的要求一天中可能会有多次调整且无法反馈到碳捕集装置控制系统中,从而对碳捕集装置造成了较大的冲击。其次,在运行过程中,由于工况参数多,每次可能同时调整多个参数,各参数相互之间有干扰或协同作用,从而造成运行结果出现偏离。

图4碳捕集效率随吸收剂循环流量变化的曲线

Fig.4Carbon capture efficiency varying with the absorbent circulation flow

图5碳捕集量随吸收剂循环流量变化的曲线

Fig.5Carbon capture capacity varying with the absorbent circulation flow

图6蒸汽耗量随吸收剂循环流量变化的曲线

Fig.6Steam consumption varying with the absorbent circulation flow

虽然数据点有较大波动和偏差,但多个数据点的趋势分析结果表明,在一定范围内,随吸收剂循环流量的增加,碳捕集效率先降低后增加,碳捕集量及蒸汽耗量则是缓慢增加。因此,从节能的角度出发,吸收剂循环流量不宜太高。但同时也不宜太低,过低的循环流量将影响碳捕集装置产量。按碳捕集效率90%、产量1.39 t/h计,本项目最优的吸收剂循环流量为3 400~3 700 kg/h,吸收剂入口温度宜取40 ℃,入口烟温建议控制在38~40 ℃。

3.3 引风机运行优化

碳捕集效率和碳捕集量随吸收塔入口烟气量的变化曲线如图7—8所示。由图可知,随着原料烟气量的增加,碳捕集效率下降,而碳捕集能力则上升。这是因为随着入口烟气量增加,烟气中携带的CO2总量增大,使得可碳捕集到的CO2绝对质量增多,但由于装置碳捕集能力受限,吸收塔出口烟气中CO2质量浓度反而增大,碳捕集效率随之下降。图8中烟气量为7 000 m3/h,碳捕集量却仅为924.4 kg/h的工况点经查是由于设定的再生温度过低（106.4 ℃）,吸收剂再生效果不好造成的。由图7和图8可知,宜将入口烟气量控制在6 000~7 000 m3/h（标态、湿基、实际氧）,同时应根据入口烟气中CO2质量浓度的变化及时调整烟气量。

图7碳捕集效率随吸收塔入口烟气量变化的曲线

Fig.7Carbon capture efficiency varying with the flue gas at the absorption tower inlet

图8碳捕集量随吸收塔入口烟气量变化的曲线

Fig.8Carbon capture capacity varying with the flue gas at the absorption tower inlet

3.4 再生塔运行优化

碳捕集效率和碳捕集量随再生温度的变化曲线如图9—10所示。由图可知,随着再生温度的升高,碳捕集效率和碳捕集量均有先增加后减少的趋势。这是因为再生温度过低时,CO2吸收反应生成的铵基甲酸盐等中间产物分解不彻底,贫液的酸气负荷较高,吸收余量不大,因此捕集效率和碳捕集量均较低。随着再生温度升高,贫液再生效果变好,故碳捕集效率及碳捕集量随之增大。但再生温度过高则会导致贫液出口温度增加,吸收塔进液温度相应提高,反而抑制了吸收反应。本碳捕集装置在再生温度为109.5 ℃时碳捕集效率最高,产量较大,但同时再生蒸汽耗量也较大。